浮箱式闸首施工工法适用范围

《浮箱式闸首施工工法》涉及多项工程施工内容，主要有深水多层次复合基床施工工艺；浮箱沉放三维控制技术；浮箱沉放GPS实时监控系统；浮箱配重调平方式及选配相适应的拖轮；基床注浆止水帷幕施工工艺。

应用范围可涉及：（1）各类船闸和船坞的闸首、坞口的布局、结构设计和实施；（2）各类结构物浮箱式闸首施工工法的（复合）基床施工、整平、填充等，结构物下的防渗体系、各类临时围堰的止水帷幕；（3）各类大型沉井、沉箱、浮箱和其他大型构件的水上拖运、定位和沉放，可籍助GPS系统对定位实精确定、并通过限位装置进行位置锁定。适合于有场外制作条件、水上浮运航道、6级以风浪环境的地区。

浮箱式闸首施工工法工艺原理

《浮箱式闸首施工工法》的工艺原理叙述如下：

• 浮箱沉放GPS实时监控系统

一、系统原理

2台RTK GPS 1台测倾仪：2台RTKGPS用于实时确定钢浮箱的平面位置和方位，1台测倾仪确定箱体的姿态；第3台RTK GPS可以对钢浮箱位置、方位和姿态进行复核。

二、模型参数

系统参数：GPS天线位置（GGA格式的大地坐标）、GPS WGS84坐标到工程坐标的坐标系转换参数（实时）、GPS天线安装位置、钢浮箱角点位置。

设计参数：钢浮箱尺寸（长、宽、高）、钢浮箱设计顶、底高程，限位墩台尺寸、限位墩与钢浮箱之间的位置关系。

三、系统校核

参考面校核：参考面是建立钢浮箱体坐标系的基础，RTK—GPS天线高度量取及测倾仪初值的设置均需要依据参考面。当钢浮箱处于正常状态时，这个参考面是水平的，RTK—GPS天线标杆垂直于参考面。

天线间距检核：系统自动计算的RTK GPS天线间距与实测间距进行比较，可以确定GPS天线安放正确性。

• 深水多层复合基床施工工艺

复合基床通过大头方桩承载，以素混凝土基床连系桩基，使桩基均匀受力，通过碎石基床找平混凝土基床，以使上部的钢浮箱荷载能均匀分布。复合桩基施工前，在基床周围形成水下围堤以防止基坑回淤；通过精确安装桩垫块作为碎石基床整平的参考点和整平导架行走支点，可确保碎石基床达极细平效果。

• 基床注浆与止水帷幕施工工艺

通过控制抛石厚度、石块粒径、以期达到合适的基床孔隙率，配置有良好的流动性和注入性的水泥砂浆，并采取可靠的工法和工艺参数对基床抛石进行注浆，能完全充填基床抛石粗骨料的空隙；注浆体硬化后具有较高抗压强度和粘结力；这样整个基床具有足够的耐久性和水密性。

基床下的高压止水帷幕采用高压旋喷排桩，旋喷桩采用新双管法——采取高压浆射流直接切割地层，浆射流周围以环绕压缩气加以保护，切割下的土体与浆液充分掺搅，大部分浆液留在地下与切割土体凝结成为所需要加固防渗体；并适当改进工艺如增大浆压、气压等可以有效克服含气量大、腐殖物丰富的土层高压旋喷桩难以形成的困难，形成的高压旋喷桩桩体具有连续性良好、桩体质量稳定、抗渗性能优的特点。

浮箱式闸首施工工法施工工艺

《浮箱式闸首施工工法》的施工工艺流程及操作要点叙述如下：

• 工艺流程

浮箱在干船坞内完成钢结构壳体制作并完成钢筋混凝土底板筑，同步完成浮箱水下桩基和基床施工。开发、安装和校核GPS实时监控系统，浮箱配重调平后拖轮拖带浮箱至施工现场，通过GPS监控系统和限位墩实现浮箱精确定位，浮箱注水下沉，并最终利用潮位特性平稳坐床，沉放后对浮箱底面基床注浆及进行旋喷止水帷幕施工，最后进行浮箱分舱抽水进行结构施工；浮箱式闸首施工关键流程如图1。

• 操作要点

一、复合基床施工工艺

1.基床构成

浮箱水下基础由桩基加深水复合基床组成；桩基采用小直径的管桩或方桩等，桩尖必须进入选定的持力层；深水复合由下到上依次由0.2~0.3米抛石垫层、1~2米水下素混凝土基床、0.3~0.8米的抛石基床碎石（注浆）组成。基床结构如图2所示。

2.水下围堤

水下围堤主要是在混凝土基床四周形成充泥管袋围堤，围堤标高和高度同复合基床相同。围堤采用吹填砂被方法实施；围堤砂被分层实施，每层砂被厚度约0.5米，破被断面成梯形布置，围堤具有阻挡淤泥回积和兼作混凝土浇筑时的模板功能。

3.抛石垫层

水下混凝土基床浇筑前在基槽面上抛碎石垫层，以隔离土层与混凝土，碎石粒径为5~10厘米，抛石厚度为0.2~0.3米；抛石垫层采用抓斗船撒抛，顺流进行，并根据试抛确定合理的抛设时机和抛设密度等。

4.混凝土基床

水下素混凝分基床可根据大小可分块依次浇筑，分块之间采用大型钢模水上安装，混凝土浇筑采用水下导管法进行实施，素混凝土由水上大型混凝土搅拌船供应。

5.抛石基床

基床抛石粒径为5~15厘米，厚度约0.5米，抛石方法与抛石垫层的方法相同。抛石基床的标高决定浮箱沉放标高的准确与否，故抛石厚度控制坚持宁低不高的原则。抛石完成后，潜水员在测量配合下对抛石标高进行检测，然后采取导轨法进行抛石平整工作。

6.基床极细平

基床极细平要求标高偏差小于0.03米，需采取有效措施控制基床标高和平整度。根据复合基床构成，选定适量的桩顶安装混凝土垫块（支点）作为整平抛石基床架立重型钢轨的基座，混凝土垫块低于抛石基床0.03米，垫块顶架立重型钢轨。

基床沿纵向布置三道重型钢轨，架设于预制垫块顶部并固定牢靠。重型钢轨上铺设导架，导架采用钢管制作，下口焊接刮刀，刮刀下口位置即为基床顶标高，移动导架即可实施基桩整平。导架在基床全范围内一个来回，确保基床标高和平整度均达到极细平精度要求。

二、沉放GPS实时监控系统

为实时跟踪并控制浮箱在拖带沉放过程中的位置及标高情况，GPS实时监控系统对浮箱拖带、沉放过程进行浮箱三维坐标的实时跟踪监测，以利于控制浮箱空间姿态，GPS监控系统显示界面见图3。

三、基床注浆止水帷幕施工工艺

浮箱底部抛石空隙及抛石与浮箱之间的空隙注浆填充，形成密实结构，浮箱底部受力均匀，避免局部应力集中.产生差异沉降。浮箱式闸首建成后需发挥挡水功能，浮箱地基土土质为粉土，为防止浮箱底部渗漏形成管涌通道，浮箱底部以下高压旋喷形成止水帷幕，浮箱沉放到位后施工。

钢浮箱制作时内部预设ф150钢管作为注浆和高压旋喷注浆套管，套管埋至浮箱底，注浆套管按梅花型布置间距3米。闸首设置两道双排高压旋喷止水帷幕，呈“口”字形布置，套管间距1000毫米，排距800毫米，见图4。

基床注浆先于高压旋喷止水帷幕施工，基床注浆压力小而高压旋喷压力大，高压旋喷作为对基床注浆的有效补充，所形成的结合体强度高，抗渗性好。

1.基床注浆

注浆沿浮箱纵向（长度方向）分三序注浆，先施工第1、4、7排、接着施工第2、5排、再施工第3、6排，每排注浆孔又跳挡进行注浆。

注浆施工选用XY-2液压钻机功率22千瓦x2，钻杆外径89毫米内径20毫米，从预设注浆套管处下到基床顶部冲击成孔，直至钻头触及混凝土基床顶部停止成孔，进行注浆。注浆泵选用高压砂浆泵注浆，注浆压力0.5-0.7兆帕，水泥砂浆由钻杆下端涌出，随压力的调整，水泥砂浆沿石块孔隙散布开来。注浆压力由低至高，终止注浆压力不低于0.7兆帕。随着注浆量的增加，预设套管内水位逐渐上升，直至砂浆充满套管停止注浆，静置半小时套管内浆液液面不下降，随后进行下一孔注浆。

2.止水帷幕

施工技术要求高压旋喷桩有效直径不小于1300毫米，28天龄期强度不小于2兆帕，渗透系数＜10^-6厘米/秒。

采取在传统二重管法的基础上进行工艺革新，采取高压浆射流直接切割地层，浆射流周围以环绕压缩气加以保护，切割下的土体与浆液充分掺搅，大部分浆液留在地下与切割土体凝结成为所需要加固防渗体，少量土体混合少量浆液冒出地面形成废浆。采用此旋喷工艺开展典型试验。试验的主要目的确定旋喷参数、检验成桩直径、钻孔取芯芯样强度、旋喷桩渗透系数。

高压旋喷达到28天龄期后按规范要求选取1%的高压旋喷桩钻孔取芯，现场察看取芯率，取芯率可大于80%以上，并选取芯样送检，芯样强度均需大于2.0兆帕。同步进行压水试验，要求检测取芯孔的渗透系数小于10^_6厘米/秒。

《浮箱式闸首施工工法》的主要设备见表1。

参考资料：

《浮箱式闸首施工工法》的工法特点是：

1.船闸构筑物异位制作，整体安装。

2.将永久结构与临时围堰相结合，结构形式新颖，布局紧凑，节约材料。

3.浮箱沉放GPS实时监控系统软件，可即时显示浮箱平面位置和沉放姿态，并形象地显示在电脑屏幕上，系统界面清晰、操作性强。

4.结构基础处理技术使浮箱式闸首稳定，实现挡水功能。

5.止水帷幕技术使闸首、闸室地下止水系统连为一体。

浮箱式闸首是为实现船闸外闸口整体预制安装施工方法而设计的一种新颖结构。大型浮箱内装有闸门、闸门板、门槽、门库存、启闭控制设备，这些设备都按照2009年后船闸正常运行时的相对位置制造、定位，只要将浮箱整体移动安装到设计位置，闸首各结构施工亦完成。这种施工方法避开了大量水下作业，缩短了现场施工时间。

根据《港口工程质量检验评定标准》，《浮箱式闸首施工工法》的主要技术质量标准为：

1.基床达极细平（±3厘米）要求。

2.浮箱一次沉放后4个角点位置误差小于100毫米、高程误差小于30毫米、浮箱倾斜小于1/1000。

3.旋喷止水帷幕渗透系数达10^-6厘米/秒级、芯样强度达2兆帕，基床注浆体强度达12兆帕。

《浮箱式闸首施工工法》的效益分析是：

1.经济效益

根据合同要求与前期计划，深水复合基床和浮箱拖带沉放应于2006年3月25日前完成，实际完成日期为2006年2月24日，节约工期29天；浮箱底注浆与高喷止水帷幕到7月31日完成，实际完成日期为2006年7月15日，节约工期16天，由此节约了水下基床处理船机台班费、高喷与注浆设备台班使用费，配合作业工人人工费和现场滞留时间，合计节约成本639270元。

同时由于基床处理、浮箱拖运沉放和高喷止水的提前，为后续施工结构施工创造了有利条件，在总工期极短的情况下减少了后续结构施工时较多赶工措施和费用。

2.社会效益

由于新技术新工艺的开发和应用，攻克了软土地基深水复合基床、大型浮箱沉放、止水帷幕封闭等施工关键技术问题，很好地解决了深水复合基床的高精度、钢浮箱沉放限位控制、闸墩一基床一地基间的施工其稳定和闸首结构永久性止水等一系列技术难题，达到了设计的技术标准，满足了业主的工期要求。

注：施工费用以2009-2010年施工材料价格计算

采用《浮箱式闸首施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

1.施工人员严格执行国家、地方各项安全法律、法规；严格执行企业各项安全生产操作规程。

2.设备安装，提供稳定的220V低电压线路，合理设计配电线路的走向，并具备良好的保护措施。

3.对检测仪器外部采用金属外壳加以保护，防止受外力破坏。

4.定位系统必须通过陆上比测，数据相吻合后才能进行水上作业。

5.人工检测作业需要爬上爬下，扶梯必须扎牢。水上作业必须穿好救生衣，戴好安全帽。

6.定位软件系统操作事先必须通过培训，熟悉理解整个系统后方可进行现场施工。

7.严禁非系统操作人员操作主控计算机，避免系统数据或各项参数的改动而造成施工错误。

8.对所有作业的软件操作人员、测量技术人员等进行全面的水上作业培训，并严格执行各项规定要求。

《浮箱式闸首施工工法》的应用实例如下：

中船长兴造船基地一期工程位于长江口深水航道南港南侧，北槽分流口的北侧，距园沙航道875米。船闸外闸首采用大型浮箱结构兼作施工临时围堰和闸首永久结构，并采用桩基加复合基床作为基础，是截至2009年中国国内最大规模的浮箱闸首结构工程。

浮箱竖向为断面呈“U”形的钢壳体结构，浮箱钢壳体底板上现浇有钢筋混凝土底板，钢筋混凝土底板厚度2.0~4.3米。浮箱壳体平面尺寸116.5米x20.5米、高16.8米，浮箱由下游至上游分5个大舱，各舱内又分若干小舱。

浮箱基础由桩基 复合基床组成。桩基为600毫米钢筋混凝土预应力大头方桩，桩顶标高-13.20米，桩尖标高-50.50米，进入⑤_3-2层4米；复合基床厚度2.5米，从上至下分别为0.5米厚抛石基床、1.8米厚的C30素混凝土基床和0.2米厚的碎石垫层。

项目组开发的浮箱拖带沉放过程GPS实时监控软件系统能正常、有效运行，实时数据显示在多媒体计算机屏幕上，通过图形、文字、设备状态显示，反映浮箱状态，指导工程技术人员施工，及时调整浮箱空间姿态。

中船长兴一期3号线船闸的浮箱式外闸首于2006年10月30日实现闸首结构封顶，2007年2月14日浮箱开舱、横拉门开启，闸船注水成功，自2007年5月22日船闸投入运行以来至2009年已有2年，使用情况良好。

《浮箱式闸首施工工法》的环保措施如下：

1.施工船只严格执行国家有关海上法规，保护海上环境。

2.施工过程严格执行上海市文明施工规定，进行文明施工保护环境。

3.浮箱出运前，在船坞进行必要的构件表面清洁，禁止存在油污等污染。

4.禁止定位配套船只施工人员向海中倾倒生活垃圾，安排固定船只收集垃圾运至岸上进行统一安全处置。

5.如果岀现海上较大规模的油品污染事件，及时通知政府有关部门进行环境保护处理。

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009-2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《浮箱式闸首施工工法》被评定为2009-2010年度国家二级工法。

[船闸]闸首 英文名称: lock head 定义: 将闸室与上、下游引航道或相邻两级闸室隔开,并设置闸门的挡水结构2100433B

将闸室与上、下游引航道或将相邻两级闸室隔开，具有挡水、过船功能的结构物。

中文名称：船闸闸首；英文名称：lockhead；定义1：将闸室与上、下游引航道或将相邻两级闸室隔开，具有挡水、过船功能的结构物。；应用学科：水利...2100433B

升船机闸首是指将升船机的承船厢(或水坡升船机的楔形水体)与上、下游航道隔开，具有挡水 、对接、过船功能的结构物。

中文名称

升船机闸首

英文名称

head of ship lift

定　　义

将升船机的承船厢(或水坡升船机的楔形水体)与上、下游航道隔开，具有挡水 、对接、过船功能的结构物。

应用学科

水利科技（一级学科），航道与港口（二级学科），船闸与升船机（水利）（三级学科）